Die Konstruktion macht‘s 1

Neue Features für Pumpen und Motoren – Effizienzsteigerung und Energieeinsparung sind in aller Munde. Doch wie reagieren die Komponentenhersteller tatsächlich auf die steigenden Anforderungen der Industrie? Wir haben Pumpen- und Motorenhersteller gefragt, wie sie diesen Ansprüchen auch nach Geräuschminderung, mehr Leistung oder höheren Drücken begegnen.Bei Bosch Rexroth reduzieren in der Fabrikautomation und Anlagenausrüstung drehzahlvariable Pumpenantriebe den Energieverbrauch der Hydraulik zwischen 30 und 70 Prozent. „In der Ausprägung Servovariable Pumpenantriebe haben wir bei Druckgießmaschinen Einsparungen von mehr als 80 Prozent erreicht“, verweist Lucas Wintjes, Geschäftsleiter Vertrieb Industriehydraulik von Bosch Rexroth, auf in Serie gefertigte Praxisbeispiele. Eine fein skalierte Palette an drehzahlvariablen Pumpenantrieben deckt ein breites Anwendungsspektrum von der Werkzeug- über Spritzgießmaschinen bis hin zu Pressen und zyklisch arbeitenden Anlagen ab. Drehzahlvariable Pumpenantriebe Varianten DvP mit Servomotor senken zudem die mittlere Geräuschemission. Damit können entsprechende Kapselungen gegebenenfalls entfallen. Darüber hinaus senkt die Bedarfsregelung den Wärmeeintrag in das Hydrauliköl und so den Leistungsbedarf für die Kühlung.

Auch auf Komponentenebene leisten zahlreiche BlueHydraulics-Produkte Beiträge zu einer höheren Energieeffizienz. Die speziell auf die Arbeitsweise drehzahlvariabler Pumpenantriebe optimierte Innenzahnradpumpe PGH-3X steigert den Wirkungsgrad über den gesamten Drehzahlbereich bis über 3000 Umdrehungen pro Minute. Weiteres Sparpotenzial bei Werkzeugmaschinen:  Der KST-Booster integriert die Druckversorgung für den Hochdruck-Kühlschmiermittelkreislauf in das Hydraulikaggregat. Eine zusätzliche Linearpumpe ersetzt dabei die bislang notwendige Schraubenspindelpumpe mit eigenem Motor. Im Ergebnis reduziert der KST-Booster den Energieverbrauch des Hochdruck-Schmiermittelkreislaufs für die Werkzeuginnenkühlung und spanbrechende Funktionen um fast 90 Prozent.

Hawe Hydraulik setzt bei der Entwicklung der Kompakt-Pumpenaggregate seit vielen Jahren auf hohe Belastbarkeit, Leistungsdichte und Energieeffizienz. Diese Eigenschaften werden in hohem Maß durch die Unterölbauweise der Aggregate erreicht. Unterölbauweise bedeutet, dass das Gehäuse gleichzeitig als Öltank dient, und darin der Unterölmotor und die Förderpumpe integriert sind. Im Öl wird der Motor besser gekühlt, seine nutzbare elektrische Leistung erhöht sich, somit kann ein kleinerer Motor verwendet werden. Demzufolge sind auch die Gehäusebaumaße und Tankvolumina vergleichsweise gering, was zu einem reduzierten Bedarf der Ressource Öl und minimalem Zeitaufwand für die Wartung führt.

Betriebsdrücke bis 700 bar
Typ NPC ist das jüngste und bislang kleinste Kompakt-Pumpenaggregat von Hawe Hydraulik. Es ist mit einem Gleichstrommotor ausgestattet und wurde für den Kurzzeitbetrieb konzipiert. Mit seinen kompakten Maßen von rund 300 x 100 x 100 mm und einer Masse von etwa 8 kg (je nach Ventilaufbau) lässt es sich leicht transportieren und findet in kleinen Einbauräumen Platz.

Es ist universell einsetzbar, beispielsweise auf Baustellen, wo große Mobilität gefragt ist, und in Anwendungen, in denen die Arbeitsfunktionen nur kurze Einschaltzeiten haben. Beispiele dazu sind Nieten, Krimpen, Prägen, Lüften von Windenbremsen. Das Aggregat ist mit einer robusten Radialkolbenpumpe ausgestattet und auf einen Betriebsdruck bis maximal 500 bar bei Volumenströmen bis zirka 1,3 l/min ausgelegt. Das nutzbare Ölvolumen beträgt rund 0,65 l. Alle anderen Kompakt-Pumpenaggregate von Hawe Hydraulik sind mit einer Radialkolbenpumpe oder Zahnradpumpe lieferbar. Betriebsdrücke sind damit bis maximal 700 bar (Radialkolbenpumpe) beziehungsweise 220 bar (Zahnradpumpe) möglich.

Eine höhere Energieeffizienz wird nicht nur durch die Konstruktion der Aggregate erreicht, sondern auch durch den Einsatz von leckagefreien Wegesitzventilen und die Auslegung des Hydraulik-Systems auf Abschaltbetrieb, etwa Spannhydraulik-Systeme in Werkzeugmaschinen. Die Pumpe fördert nur dann, wenn Druck und Ölvolumen benötigt werden – der Strombedarf des Hydraulik-Systems reduziert sich. Die zusätzliche Verwendung von 8-Watt-Steckern für die Wegesitzventile spart weitere Energie.

Die Anforderungen steigen ständig
Die Anforderungen an die Hochdruckpumpentechnik steigen stetig an, weiß man auch bei Kamat Pumpen. Dies beziehe sich nicht nur ausschließlich auf die typischen Parameter wie den Druck, der mittlerweile bei Plungerpumpen die 4000 bar Grenze überschritten hat und den Volumenstrom, der weiterhin ansteigt und somit die Gesamtantriebsleistung bis in den Megawattbereich hinein erhöht. Trotz der Akzeptanz der hohen Antriebsleistungen werde beim Anwender eine möglichst große Effizienz des Gesamtkonzeptes erwartet. Diesen Anspruch hat man im Unternehmen mit der Fünf-Plunger-Pumpe des Typs Quintuplex K 50000 – 5G verwirklicht.

Hier wird durch eine mehrfach optimierte Verzahnungsstruktur die innere Reibung bis auf ein Minimum reduziert, was nicht nur dem Laufverhalten unter Druck entgegenkommt, sondern auch den Leerlaufbetrieb, bei dem dann nicht noch zusätzlich und nutzlos Strom verbraucht wird. In vielen Anwendungen, für die diese Pumpenreihe entwickelt wurde, beträgt das Druck-/Drucklosverhältnis teilweise 70:30, woraus ersichtlich wird, dass hier Einsparungspotenzial vorhanden ist. Zur weiteren Energieeinsparung trägt die Pumpe dadurch bei, dass sie bis zu einem Volumenstrom von 600 l/min – bei ordentlich ausgeführter Ansaugleitung – ohne Vordruck betrieben werden kann. Hier entfällt dann die werkseitige Druckwasserversorgung beziehungsweise der separate Antrieb einer Vordruckpumpe mittels elektrischer Energie.

Weiterer und sogar noch wichtigerer Ansatz bei der Produktentwicklung war, auf die Vordruckpumpe aus physikalischen Gründen zu verzichten. Denn in jedem Wasser-Hydrauliksystem wie zum Beispiel HFA oder HFC produziert eine Vordruck-Kreiselpumpe zwangsläufig durch die bei der Förderung im Fluid entstehenden Scherkräfte und die hohe Drehzahl des Förderrades Schaum, der weder der Kreiselpumpe selbst noch der Hochdruckpumpe geschweige denn dem hydraulischen System gut tut.

Pumpe in Schrägscheiben-Design
Die Eaton Corporation hat ihre Schwerlastproduktlinie um eine Regelkolbenpumpe für den geschlossenen Kreislauf und einen Konstantmotor der neuen Serie 760 erweitert. Die in erster Linie auf mobile Fahrzeuganwendungen ausgerichteten Pumpen und Motoren sind mit einem Verdrängungsvolumen von 130 cm3/U bei einer Drehzahl von 3200 1/min und von 160 cm3/U bei einer Drehzahl von 2950 1/min erhältlich.

Der Betriebsdruck beträgt für beide Verdrängungsvolumina 430 bar und die  maximale Einstellung der Druckbregrenzungsventile 465 bar. Für die Montage weisen Pumpe und Motor jeweils einen SAE-D-Flansch auf. Die Hauptvorteile der Pumpen und Motoren aus der neuen Serie 760 liegen in einem hocheffizienten Schrägscheiben-Design der Axialpumpe mit hohen Drehzahlen, hohen Förderströmen und hohen Eckleistungen. Eine ganze Bandbreite von Eigenschaften und Optionen ist in einem langlebigen und geräuscharmen Paket vereint.

Zu den Standardmerkmalen der neuen Pumpen gehören eine integrierte Speisepumpe mit großem Verdrängungsvolumen und Anschlüsse an derselben Seite. Angeflanschte Ventile und Endanschlüsse sind optional. Der Motor ist standardmäßig durch ein integriertes Spülventil mit optionalen, flanschbaren Ventilkonfigurationen für Anschlüsse an derselben oder an der rückwärtigen Seite gekennzeichnet. Zu den typischen Anwendungen für Pumpen der Serie 760 gehören Bohrgeräte, Reinigungsausrüstung für Abwasserkanäle, Sprayer und Erntemaschinen, Wartungsausrüstung für Schienenfahrzeuge, Flurförderzeuge, Bugstrahlruder, Pistenfahrzeuge, Fahrzeuge und Ausrüstung für Erdbewegungs- und Baumaschinen.

Voith Turbo H + L Hydraulic (VTHL) hat speziell für den Einsatz  bei drehzahlveränderlichen Antrieben die Servopumpe IPVP entwickelt. Die IPVP ist eine Innenzahnradpumpe und besticht durch hohen volumetrischen Wirkungsgrad, niedrige Förderstrom- und Druckpulsation. Dadurch und mit der angepassten Drehzahl kann die mittlere Geräuschemission um bis zu 20dB(A) gemindert werden. Mit der geringen Trägheit der Pumpe kann die hohe Dynamik des Synchronmotors voll ausgeschöpft werden. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades des Gesamtantriebs über ein breites Drehzahlband kann gegenüber konventionellen Systemen häufig  bis zu 50 Prozent Energie eingespart werden. Drehzahlreduzierung außerhalb der Bearbeitungszyklen und im Teillastbereich reduzieren ebenfalls den Energiebedarf.

Volumenstrom und Druck regeln
Mit der Servopumpe kann sowohl der Volumenstrom als auch der Druck geregelt werden. Dadurch können Ventile entfallen oder die Ventilsteuerung einfacher gestaltet werden. Zeitabhängige Druckhaltefunktionen können mit der Servopumpe aufgrund der Vorteile sehr gut realisiert werden. Der Einsatz der Servopumpe wirkt sich positiv auf den Wärmeeintrag in das Hydrauliksystem aus. Dadurch kann das Kühlsystem kleiner dimensioniert werden, die Belastung des Hydrauliköls ist geringer. Durch die beschriebenen Systemvorteile ist die Nachfrage für die Servopumpe von VTHL bereits in einigen Märkten wie zum Beispiel bei den Kunststoff-Spritzgießmaschinen sehr hoch. VTHL ist davon überzeugt, dass diese Technologie erst am Anfang steht und noch bei vielen anderen industriellen Anwendungen ihren Einsatz finden wird.